“Chipchat”讓普通人可以設(shè)計(jì)芯片。

人工智能在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)不是新鮮話題了。已經(jīng)有幾種電子設(shè)計(jì)自動化 (EDA) 工具使用了人工智能技術(shù)，人工智能在芯片布局和其他元素方面顯示出令人印象深刻的結(jié)果。

近日，紐約大學(xué) Tandon 工程學(xué)院的研究人員使用簡單的英語“對話”與 AI 模型制造了一個(gè)微處理芯片，這是一項(xiàng)史無前例的成就，可以加快芯片開發(fā)速度，更重要的是這將允許沒有專業(yè)技術(shù)技能的個(gè)人設(shè)計(jì)芯片。

兩名硬件工程師使用標(biāo)準(zhǔn)英語與ChatGPT-4“交談”，并設(shè)計(jì)了一種新型的微處理器架構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)和 ChatGPT 設(shè)計(jì)的芯片并不是一個(gè)完整的處理器，它是整個(gè) CPU 的一個(gè)部分：負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)新穎的基于 8 位累加器的微處理器架構(gòu)的邏輯。該芯片隨后被送往Skywater 130 nm ***上進(jìn)行制造。該團(tuán)隊(duì)聲稱，這項(xiàng)研究標(biāo)志著 LLM 設(shè)計(jì)的 IC 首次真正投入生產(chǎn)。

該團(tuán)隊(duì)使用 125 條消息成功創(chuàng)建了他們的 IC。

累加器本質(zhì)上是寄存器（內(nèi)存），其中存儲中間計(jì)算的結(jié)果，直到主計(jì)算完成。但它們是 CPU 工作方式不可或缺的一部分；也許還可以設(shè)計(jì)其他必要的單元。這一成果表明，未來成為 EDA 設(shè)計(jì)師的知識門檻要低得多。也許有一天，足夠多的 CPU 碎片會被公開，這樣更多的ChatGPT用戶將可以在家里設(shè)計(jì)他們的 CPU 架構(gòu)。

第一個(gè)完全由 AI 生成的 HDL

通常，開發(fā)任何類型的硬件包括芯片，都是從用普通語言描述硬件應(yīng)該做什么開始的。經(jīng)過專門培訓(xùn)的工程師然后將該描述翻譯成硬件描述語言 (HDL)，Verilog 就是其中一種，Verilog語言主要用于在集成電路設(shè)計(jì)，特別是超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

使用 LLM 創(chuàng)建 IC（集成電路）的設(shè)計(jì)流程。（來源：紐約大學(xué) Tandon）

研究人員使用商業(yè)和公開可用的大型語言模型 (LLM) 來研究八個(gè)硬件設(shè)計(jì)示例，在工程師和 LLM 之間的實(shí)時(shí)來回交互中，通過純英文文本處理其 Verilog (HDL) 等效。

“這項(xiàng)研究產(chǎn)生了我們認(rèn)為是第一個(gè)完全由 AI 生成的 HDL，用于制造物理芯片，”紐約大學(xué) Tandon 的研究助理教授兼研究團(tuán)隊(duì)成員 Hammond Pearce 博士說?！耙恍┤斯ぶ悄苣Ｐ停?OpenAI 的 ChatGPT 和谷歌的 Bard，可以生成不同編程語言的軟件代碼，但它們在硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚未得到廣泛研究。這項(xiàng)研究表明 AI 也可以使硬件制造受益，尤其是當(dāng)它被用于對話時(shí)，你可以通過一種有來有往的方式來完善設(shè)計(jì)?！?/p>

一個(gè)突破生成人工智能極限的項(xiàng)目

Pearce 博士解釋說，他的團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目 Chip Chat 的靈感源于了解硬件設(shè)計(jì)空間中現(xiàn)有生成 AI 大型語言模型 (LLM) 的能力和局限性的愿望。

“我們很想知道這些模型到底有多好，”他說?！昂芏嗳丝粗@些模型說，‘這些模型只是玩具，真的?！也徽J(rèn)為它們是玩具。它們肯定會無處不在，這就是我們進(jìn)行 Chip Chat 的原因——幾乎就像是概念驗(yàn)證演示?！?/p>

在更實(shí)際的層面上，使用基于聊天的 AI 助手可以幫助解決芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)：硬件定義語言 (HDL)。雖然像 Verilog 這樣的 HDL 代碼對于設(shè)計(jì)微處理器至關(guān)重要，但它們需要非常專業(yè)的知識。

“硬件描述語言的一大挑戰(zhàn)是沒有多少人知道如何編寫它們，” Pearce 博士說。“要成為相關(guān)領(lǐng)域的專家是相當(dāng)困難的。這意味著我們?nèi)匀挥凶詈玫墓こ處熡眠@些語言做一些瑣碎的事情，因?yàn)樽鲞@些事情的工程師并不多?！?/p>

通過使硬件定義更容易生成，該團(tuán)隊(duì)相信他們可以使IC設(shè)計(jì)更容易獲得，并允許HDL專家專注于更重要的任務(wù)。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說法，有了基于聊天的生成式人工智能，工程師可以用簡單的英語而不是HDL來設(shè)計(jì)一個(gè)微處理器。

Pearce 博士對這一點(diǎn)進(jìn)行了反思，評論道：“我根本就不是芯片設(shè)計(jì)專家。這是我設(shè)計(jì)的第一個(gè)芯片我想這就是為什么這件事如此令人印象深刻的原因之一?！?/p>

專家對人工智能和芯片設(shè)計(jì)的思考

從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，ChatGPT 確實(shí)可以將功能芯片設(shè)計(jì)為現(xiàn)實(shí)世界的解決方案。

“在 125 條消息中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)處理器。我不僅設(shè)計(jì)了處理器，而且還得到它來幫助我設(shè)計(jì)處理器，”Pearce 博士說?！拔疑踔翛]有制定完整的規(guī)格。我只是問，'我想要一個(gè)處理器。我應(yīng)該怎么辦？' 它給了我很好的指導(dǎo)。兩年前，所有這些東西看起來都像是科幻小說?！?/p>

根據(jù) Pearce 博士的說法，他的團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果意義重大，但并不一定意味著人工智能將取代人類工程師。

人工智能設(shè)計(jì)芯片背后的隱患

ChatGPT允許工程師跳過 HDL 階段，這雖然令人印象深刻，但可能會讓 HDL 工程專家有些緊張。特別是研究人員表示，他們預(yù)計(jì) HDL 轉(zhuǎn)換過程中人為錯(cuò)誤會減少，有助于提高生產(chǎn)率，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和上市時(shí)間，并允許進(jìn)行更具創(chuàng)意的設(shè)計(jì)。

自動化這個(gè)過程的一部分將是一個(gè)明確的福音。它可以通過加快現(xiàn)有專家的速度來緩解人力瓶頸，即使在培養(yǎng)和培訓(xùn)新專家的同時(shí)也是如此。但是，將這項(xiàng)技能完全依賴于依賴電力，在運(yùn)行ChatGPT時(shí)需要和服務(wù)器連接的背景，為這個(gè)過程帶來了一定風(fēng)險(xiǎn)。

ChatGPT的本質(zhì)上是一個(gè)神秘的軟件黑匣子及其輸出。我們已經(jīng)看到了提示注入會發(fā)生什么，LLM 也不能免受漏洞的影響。我們甚至可以認(rèn)為它們具有擴(kuò)展的漏洞，因?yàn)槌耸且粋€(gè)軟件之外，它還是一個(gè)由培訓(xùn)產(chǎn)生的軟件。考慮到基于芯片的 LLM 在其訓(xùn)練階段可能被種入病毒，為整個(gè)系統(tǒng)帶來硬件的后門導(dǎo)致泄密。

據(jù)韓媒報(bào)道，三星設(shè)備解決方案（DS）部門才啟用聊天機(jī)器人ChatGPT 20多天，就鬧出了3起數(shù)據(jù)泄露事故，導(dǎo)致其與半導(dǎo)體設(shè)備測量、良品率/缺陷、內(nèi)部會議內(nèi)容等相關(guān)信息被上傳到ChatGPT的服務(wù)器中。半導(dǎo)體業(yè)務(wù)大部分屬于機(jī)密，一不小心就會上傳報(bào)告等內(nèi)部信息，泄露機(jī)密。全球第二大存儲芯片巨頭韓國SK海力士除必要時(shí)刻外幾乎禁止公司內(nèi)部網(wǎng)使用ChatGPT。市場調(diào)查公司Gartner對62名企業(yè)人事負(fù)責(zé)人進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，其中48%的人表示正在制定ChatGPT等AI聊天機(jī)器人業(yè)務(wù)的使用指南。